Science | 重大突破！首次在真核细胞中发现固氮细胞器，距离设计出自行固氮的作物更进一步

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-05-07 21:46

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近日，加州大学圣克鲁兹分校、加州大学旧金山分校等机构的研究人员合作，在Science上发表了题为“ Nitrogen-fixing organelle in a marine alga ”的研究论文, 发现了海洋藻类的固氮细胞器。

共生相互作用是叶绿体和线粒体细胞器演化的关键，而叶绿体和线粒体细胞器介导真核生物的碳和能量代谢。生物固氮是将大气中丰富的氮气（N2）还原成生物可用的氨气，是原核生物独有的关键代谢过程。暂定种Atelocyanobacterium thalassa（或称UCYN-A）是一种代谢精简的固氮蓝细菌，以前曾报道它是海洋单细胞藻类的内共生体。UCYN-A应该被归类为藻类内部的细胞器，而不是一个独立生命。大约1亿年前，该细菌与藻类开始了共生关系，最终演变成了藻类细胞中的一个专门用来固氮的细胞器，研究团队将其命名为——Nitroplast。研究人员展示了UCYN-A与藻类细胞结构和细胞器分裂的紧密结合，并能导入藻类基因组编码的蛋白质。这些都是细胞器的特征，表明UCYN-A的演化已经超越了内共生阶段，而是作为一种早期演化阶段的N2固定细胞器（或称“nitroplast”）发挥作用。

这一发现有助于促进对植物的基因工程改造，设计出能够自行固氮的作物，从而提高作物产量，减少对化肥的需求。此外，该研究也为从内共生体到真正细胞器的转变提供了一个新视角。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075